2009年至今,ARM處理器制程從45nm躍進至10nm,加之架構迅速迭代,性能提升了100倍——iPad Pro自詡超越80%的便攜PC,Mali-G71揚言媲美中端筆記本獨顯。
那么Intel似乎有些不妙
對于PC而言,這就很尷尬了,尤其是IC設計、晶圓制造兩頭包辦的巨人——Intel。雖說Wintel式微,但微軟、高通急不可耐地聯姻Win10和驍龍835,這叫Intel老臉往哪擱。
不過這個大黑鍋,好像牙膏廠要自己背。原來“工藝年-架構年”的鐘擺式升級,變成了“Tick-Tock-優化”三年一循環。那么Intel是不是處于架構、制程的雙重危機呢?
第一個問題,在處理器性能上,ARM架構擊敗x86架構了嗎?答案是并沒有,畢竟兩者的功耗和散熱設計遠不能相提并論,且前者運行Win10還需要模擬器,存在效率轉換問題。
第二個問題,在芯片制程工藝上,ARM陣營在超越Intel了嗎?三星和臺積電將在2017年初商用量產10納米工藝節點,Intel商用則要落后一步至2017年底 ??此撇幻?,不是嗎?
如出一轍的FinFET工藝
在傳統的平面MOSFET結構中,硅基底(Sub)頂部與氧化層(Field Ox.)齊平,相接于柵極(Gate)的底面。電流方向從Source流向Drain,由柵極控制電路接通與斷開。所以一般用柵極(Lg)衡量芯片制程工藝,這一特征尺寸當然是越小越好。
注意特征尺寸只代表最小的工藝水平,也叫做最小線寬,只用在最關鍵的部位上。當柵極長度逼近20納米大關時,對電流控制能力急劇下降,漏電率相應提高。
這時候需要用到FinFET技術(鰭式場效應晶體管),將電路通道升高為鯊魚鰭形狀,三面與柵極接觸,降低漏電和動態功率損耗,改善功耗和發熱。
三星、臺積電采用10納米FinFET工藝節點,Intel則稱作三柵極(Tri-Gate)3D晶體管設計,本質技術沒有什么差異。不過Intel實踐得早一些,22納米就用上了FinFET。
半導體工藝的“魔術數字”
根據以上的介紹可以知道,工藝節點只是最小線寬,無法作為單一參數衡量半導體集成度。我們還需要比較柵極、鰭的間距,以此衡量晶體密度。
14納米FinFET工藝下,三星柵極、鰭的間距為84/78納米、78納米,大于Intel的70納米、64納米;10FinFET納米工藝下,三星柵極間距為64納米,大于Intel的54納米。
Intel雖然工藝制程聽起來一般,但具有令人驚訝的密度優勢。臺積電、三星的工藝數字都經過不同程度的“美化”,甚至傳言聯發科內部有一套換算方式:臺積電的16納米等于英特爾的20納米,這里不做考證了。
根據一份泄露的三星半導體路線規劃,10納米FinFET共有3代,其中10LPE、10LPP的性能相比14LPP進步10%、20%。三星對外宣稱的27%性能提升可能是最終的10LPU。Intel的10納米工藝迭代更新三次,但柵極間距、晶體管密度要好過三星和臺積電。
不過Intel時間上落后半年,喜憂參半。因為10納米對于任何一家都是全新嘗試,不僅僅涉及CPU 體質問題,直接影響到良率,三星和臺積電趕工面臨的問題可能要更加嚴峻。
來自Intel的反擊
在IDF2016(Intel Developer Forum)上,Intel宣布與ARM達成了新的授權協議,未來將可能代工ARM架構芯片,無疑對三星和臺積電的業務造成潛在的沖擊。
同樣是10納米制程,遲到的Intel確實更厲害些。不過遲到畢竟是遲到,曾經Intel巨大的領先優勢正被三星和臺積電慢慢趕上,牙膏廠也要加把勁了。